光感与红外感应结合的“人走灯灭”开关设计与研究

欧红娟，李贞贞，杨关奖，方声蓉

（西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安 710065）

0 引 言

目前，高校电力资源的浪费情况相当严重，主要体现在教室照明用电。单个40 W日光灯，一个小时的节电量约为0.04度，平均每间教室有30个日光灯管，一间教室的小时节电量约为1.2度，相当于节约人名币0.6元。对150间教室，小时节电量为150×1.2=180度。全国3000所高校的小时节电量为180×3 000=540 000度。高校作为一个大型社区，电力资源消耗量巨大。由于传统的用电模式和粗放式的管理使得电能的浪费量巨大，损失了大量资金。为建设节约型的现代化校园，需重视节约用电的技术。采用新型用电技术和新型设备，可以实现对电能的充分利用。提升学校的用电管理水平，不仅有利于节约资金，而且有利于提高资源的利用率。

1 光感与红外感应开关的设计

光敏开关+红外感应开关的结合利用，降低了环境因素对电路通断的影响，有效提高了灯管的发光寿命，节约了大量用电资金。该开关设计简洁，成本低廉，可以广泛应用于教室、宿舍、家庭及办公等场所。

1.1 开关的功能和要求

对于产品功能，该项目产品为红外加光控开关。此开关利用红外感应装置与光传感器完成设定任务，即人来灯亮，人走灯灭。

对于产品要求，具体包括以下6点。

（1）产品在工作寿命内能够达到稳定工作的要求。（2）产品应具有合适的使用寿命。

（3）产品制造价格应满足普通使用，便于此组合功能性开关的广泛应用。

（4）产品的感应精度应不低于普通感应开关实现感应目的的精度要求。

（5）产品应具有广泛的适应性。

（6）组合式感应开关应拆卸安装方便。

1.2 开关的工作原理

红外人体感应装置通过以下五大步骤进行人体检测。

（1）光敏传感器对外界光强进行信号输出，光通弱，则检测人体红外信号，等待红外信号的输入。

（2）固定延时时间的按需设定，初次设定为30 s。

（3）检测人体红外信号，有红外信号，直接进行方位信号处理；如无，启动旋转电机对环境进行第二次检测。

（4）在第二次检测中，通过电机控制电路控制旋转电机，进而控制热释电红外传感器施转来检测人体信号，如有信号，实施方位信号处理。

（5）基准信号发生器和方位信号处理器输出相应坐标，将指令传递给单片机信号处理器。输出控制信号，电路接通。

图1为多区域双控人体感应开关控制流程图。

图1 多区域双控人体感应开关控制流程图

此红外感应与光感组合开关融合了多区域多控红外人体感应开关和普通光控感应开关，迎合了实际需求，即光强时灯不亮，光弱时实现人走灯灭的目的[1]。图2为电路总体设计图。

图2 电路总体设计

当光照强度超过临界光照强度（使光控开关闭合的光照强度）时，光控开关断开，电路为开路，红外感应回路不工作，灯不亮；当光照光照强度未超过临界光照强度时，光控开关闭合，红外感应电路接入电路，并开始工作，当感应到人体时，红外感应开关闭合，电路接通，灯亮，否则灯不亮。探头感应到人体红外信号，将红外信号转变为微弱低频信号，经过放大器放大信号，最终以电压信号的形式输出，从而实现灯的亮和灭。

1.3 开关优势

（1）市场上很少见人体红外感应与光感应进行组合的功能性开关，因此产品具有市场优势。

（2）相较于传统的普通手动开关，红外感应与光感应组合功能性开关更加智能化，可在很大程度上减少人员管理的任务[2]。

（3）红外感应与光感应组合功能性开关可以更有效地避免误判。声控开关需要人的声音一直存在，才能控制灯一直保持打开或者关闭状态。但这无法满足学生安静学习的需求，且存在噪声误判的情况。

2 可行性研究

2.1 技术可行性

目前，经过实践，此功能性开关的所有需要组件均可以通过电路板进行连接，所使用的元件通过简单的电路组合就可以获得所需的功能。此外，在教室四面墙壁安装红外感应装置（探测距离根据教室大小确定，角度为180度），可以达到教室全覆盖的目的。查阅资料发现，红外感应可以探测到的一般距离为30 m。同时，可以结合区域控制开关，达到不同区域分开调控的目的，避免产生一个人打开大教室所有灯的情况。

2.2 经济可行性

西安石油大学鄠邑校区有两栋教学楼，分别为五层和四层，每层教学楼装有双管白炽灯660盏，假设每盏灯每天平均浪费1度电量，学生平均每年在校270天，那么一年浪费掉的电能为1 458 000度。如果应用此节能开关，将节约大量电能。

此外，相较于雷达感应，红外感应成本低，更容易实现，普遍应用于学习和办公等公共场所。

2.3 经营可行性

此产品使得灯具的使用更加智能化，适用于办公与学习区域，大大减少了未及时关灯带来的电能损失，例如，冬季早上天空昏暗，同学们上课时把灯打开，天亮后容易忘记关灯，造成用电损耗。

此外，产品可以衍生出一整套灯具应用。除了大场合应用的一开关控制多灯和小区域应用的一开关控制一灯的情况，还可以将开关放于灯具内，制造为一体式灯具，用于家庭卫生间、阳台或者走廊处。此功能性开关的适用性很强，具有经营可行性。

3 结 论

日常生活中，人体红外感应节能灯的应用相当广泛，如家庭楼道、小区及酒店等。该项目主要着眼于校园的使用，可在应用反响良好后进一步推广至其他邻域。联系各高校负责人，将人体红外感应节能灯投入到各大高校中使用，达到高校普及的目的。各大高校使用红外感应节能灯期间，也会设置反馈机构，实时了解使用情况，并同步对存在的问题进行优化和改正。然后将联合技术商、供应商及需求客户，实现人体红外感应节能灯的一体化服务，实现产品商业化模式，以开拓更加广阔的市场。